EP3098960A2 - Verfahren zum betrieb einer elektrischen maschine und antrieb - Google Patents

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EP3098960A2
EP3098960A2 EP16166561.7A EP16166561A EP3098960A2 EP 3098960 A2 EP3098960 A2 EP 3098960A2 EP 16166561 A EP16166561 A EP 16166561A EP 3098960 A2 EP3098960 A2 EP 3098960A2
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EP
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component
controlled operation
current
controlled
electric machine
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Achim Schindler
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Baumueller Nuernberg GmbH
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Baumueller Nuernberg GmbH
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/24—Vector control not involving the use of rotor position or rotor speed sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14—Electronic commutators
    • H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position
    • H02P6/18—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements

Definitions

  • the invention relates to a method for operating an electrical machine. Under electrical machine is understood in particular a synchronous machine.
  • the electrical machine is preferably encoderless.
  • the invention further relates to a drive with an electric machine, and with a converter.
  • An alternative to this is the so-called sensorless or sensorless field-oriented control by means of suitable control of an inverter, in which usually a current or voltage vector is rotated at the desired speed of the electric motor with respect to a fixed coordinate system.
  • the voltage vector here comprises a flow-forming and a torque-forming component.
  • the speed is calculated on the basis of measured current and voltage vectors.
  • the counter-electromotive force of the electric machine is utilized. At comparatively low speeds is the counter-electromotive force and therefore also the respective components of the measured current and voltage vectors comparatively small, so that a regulation of the rotational speed with sufficient accuracy is not possible.
  • a method for operating a converter-fed encoderless, non-linear, permanent magnet synchronous machine in which estimated in a first step, a Polradwinkel and starting therefrom a torque-forming and a flow-forming component of a stator current vector is detected. Furthermore, an electrical voltage vector is detected and calculated therefrom by means of a computing device a rotor circuit frequency, for which a set of curves stored in a computer for a cross-flow is used. In a further working step, a pole wheel angle is estimated on the basis of the determined transverse flow and the detected current values, and this is used for the further control. In the proposed method, it is therefore necessary to adapt the maps to the currently operated synchronous machine.
  • the invention has for its object to provide a particularly suitable method for operating an electric machine and a particularly suitable drive with an electric machine, in which in particular manufacturing costs lowered and in operation, a burden of peripheral devices is avoided or at least reduced.
  • the method is used to operate an electrical machine, in particular a sensorless electrical machine.
  • the electric machine comprises no encoder, by means of which a speed or a position of a rotor of the electric machine with respect to a stator of the electric machine could be detected.
  • the encoder here the position or speed would be measured directly, and not be determined on the basis of any other variables.
  • the electric machine does not comprise a Hall sensor or a sensor by means of which a sine and a cosine track are output.
  • the electric machine does not include an incremental encoder.
  • the electric machine is for example an electric motor, in particular a synchronous machine.
  • the electric machine comprises a number of permanent magnets.
  • the electric machine is for example a linear or a non-linear electric machine, in particular a synchronous motor.
  • the electrical machine is initially operated controlled, so given a command variable.
  • a deviation of the actual state from the reference variable is not monitored in controlled operation.
  • the reference variable is expediently a current angle.
  • this angle is formed between a rotor and a stator of the electric machine.
  • the reference variable is thus in particular the angle which is mechanically realized by the electrical machine and which preferably corresponds to the electrical angle.
  • the electrical angle corresponds to the mechanical angle.
  • the angle is expediently changed in time, so that the reference variable of a certain predetermined speed plus a phase value or an offset.
  • the electric machine is controlled to a certain speed, wherein due to the offset or the phase of a specific position of the rotor with respect to the stator is set at a certain time, so there is a current angle. At a later time, the given current angle is changed, the change being based on the given speed.
  • a reference variable is also used, which in particular likewise corresponds to the current angle, which is expediently determined on the basis of a predetermined rotational speed and a predetermined offset or phase.
  • the current angle is expediently used as the reference variable both in controlled and in controlled operation.
  • the reference variable is a nominal value.
  • the reference variable is supplied to the respective actuator.
  • the control variable of the controlled operation plus a correction value is used as the reference variable of the controlled operation. In other words, at that time, it is not controlled to the current angle controlled in the controlled mode.
  • the command value of the controlled operation at the time is used as the reference variable of the controlled operation at the time.
  • a correction value in this case a deviation of the angular position in the controlled operation is taken into account by the reference variable, so that no jumps within the speed are to be expected when switching, if the current angle is used as a reference variable.
  • the determination of the correction value takes place only once during the method, namely when switching over from the controlled mode to the controlled mode.
  • the electric machine is operated in a controlled manner at a first angle, in particular for a first period of time, and the electric machine is operated at a second angle regulated for a second period of time, wherein the second angle used is the first angle plus the correction value becomes.
  • the angle is valid only for the time of switching. In other words, the first angle before the time of switching is different from that at the time of switching. Similarly, the second angle at the time of switching is different than in the further course of time.
  • controlled operation is understood to mean, in particular, that no deviation between the reference variable of the controlled operation and a realized variable is determined, or that at least one such determined deviation is not taken into account in the further control.
  • the actual realized size is not known.
  • a manipulated variable used in controlled operation which results from the reference variable, is preferably regulated.
  • the control is subordinated to a control. In the subordinate control, however, a different size is used, which differs in particular from the reference variable. For example, it is a different physical quantity.
  • the manipulated variable of the controlled operation is regulated to the manipulated variable of the controlled operation.
  • the reference variable is specified and derived from this a manipulated variable.
  • the manipulated variable of the controlled operation is used as a second reference variable of a subordinate control.
  • the dead time in the control of the manipulated variable in the controlled operation is less than the dead time of the controlled operation to the reference variable.
  • the dead time of the control to the manipulated variables is less than or equal to 50%, 10%, 5%, 2%, 1%, 0.5% of the dead time on the control to the reference variable in controlled operation.
  • an adaptation to the manipulated variable is relatively quickly feasible.
  • Pre-control is preferably used in controlled operation. By means of this adjustment of the manipulated variable is suitably carried out before it is supplied in particular to the control and / or adjusted by means of the control.
  • an electric current is used as the manipulated variable of the controlled operation.
  • an electric current is used as the manipulated variable of the controlled operation.
  • an electric current is given, and thus impressed.
  • the electric current is relatively easy to detect and a control is therefore relatively inexpensive to implement.
  • an adjustment of the electrical current due to a determined deviation can be done comparatively quickly.
  • a vector of the electrical current that is to say an electric current vector, is selected as the manipulated variable.
  • the electrical current vector is expediently decomposed into a first and a second component, wherein the two components are mutually perpendicular, for example.
  • the second component is chosen to be constant.
  • a fixed predetermined second component is determined, regardless of the actual load of the electric machine. Expediently, zero (0) is selected here as the second component.
  • the first component is chosen constant. In particular, the first component is always positive. With a suitable choice of the reference variable, the determination of the manipulated variable is therefore comparatively simple.
  • the first component is a flow-forming component of the electrical current
  • the second component is a torque-forming component of the electrical current.
  • the two components are fixed in this case and are independent of the actual load of the electrical machine, ie the actually realized flow or the torque actually applied by the electric machine.
  • the electric current with the flow-forming and the torque-forming component is used as a manipulated variable of the controlled operation, wherein the torque-forming component is chosen to be equal to zero in particular.
  • the river-building and the In this case, the torque-forming component particularly describes the current vector in a coordinate system moved with the reference variable, if the angle is used as the reference variable for the controlled operation.
  • the actual realized flux or the torque are independent of the two components, since in controlled operation, the actual realized angle may deviate from the predetermined angle, the reference variable, and this deviation is in particular unknown, but at least not taken into account in the control becomes.
  • the deviation is detected in the control on the manipulated variable of the controlled operation. In other words, it is recorded to what extent the manipulated variable differs from the actually realized actual value, ie the controlled variable. This is used as a control deviation.
  • the control variable itself is not used to determine the control deviation, but only the values of the control subordinate to the control variable.
  • the correction value is determined. In other words, the control deviation is used to determine the correction value.
  • the actual position of the electric machine corresponds to the reference variable in controlled operation, and deviations from this only occur due to the control on the manipulated variable, or that there are deviations in the control on the manipulated variable.
  • the determination of the correction value is possible due to the subordinate control.
  • a P component of the control is used.
  • the I component of the control is used as a control deviation.
  • at least the control deviation has an I component and, for example, a P component and / or a D component.
  • a current deviation of the control is determined to the manipulated variable at certain times, which corresponds to the proportional share or is proportional to this.
  • These determined deviations are integrated over a certain period of time and multiplied by a factor, for example. If only discrete values are present, these are expediently added. Consequently, the time course of the deviation becomes determined by the manipulated variable and used to determine the correction factor.
  • the proposed method is substantially independent of the actual design of the electric machine, so that no exact knowledge about the electrical machine and its structure must be present. In other words, knowledge of the structure of the electric machine is not required; it is only necessary to record the I-part of the control on the manipulated variable in order to determine the correction value.
  • the correction value comprises a component of the arc tangent from a quotient, wherein the counter is preferably the I component of the control of the first component.
  • the denominator used in particular is the sum of the I component of the second component and the counterelectromotive force of the electric machine.
  • the I component of the second component is the control deviation that is used to control the predetermined control variable with respect to the second component of the electrical current. If the second component is chosen equal to zero, consequently that part is used as the control deviation, which would reduce the currently realized second component to zero.
  • the counter-electromotive force of the electric machine is in particular proportional to the electrical voltage that builds up during operation of the electrical machine against the operating voltage. In particular, the counter-electromotive force is equal to the product of the flow of the electrical machine and its speed, so ⁇ .
  • the flow is, for example, the rotor or the rotor flux.
  • the correction value includes (atan (IA d / IA q + EMF)), and suitably (atan (d IA / IA + q ⁇ )).
  • the correction value consists of (atan (IA d / IA q + EMK)) and (atan (IA d / IA q + ⁇ )).
  • “atan” refers to the arc tangent function.
  • the atan 2 is particularly preferably used instead of the arc tangent.
  • the correction value comprises or consists of the correction value from atan2 ((IA d / q + IA EMK) or atan2 (IA d / q + IA ⁇ ).
  • an electrical voltage is used in controlled operation as a manipulated variable.
  • a field-oriented control is used in this case in controlled operation.
  • the electrical voltage is determined as a space vector, and the electric machine is controlled according to the space vector representation of the electrical voltage and regulated thereon.
  • the electrical voltage is adjustable in a comparatively short period of time, so that the control quality in controlled operation is comparatively high due to the short dead time.
  • the electrical voltage is determined based on the reference variable in controlled operation as a manipulated variable.
  • the electrical voltage is comparatively easily adjustable, for example, if a converter is used to energize the electric machine.
  • the converter has a bridge circuit, for example a B4 or B6 circuit.
  • the controlled operation is used below a speed limit, and in particular above the speed limit of the controlled operation.
  • the controlled operation is used between a standstill of the electric machine and the speed limit and above the speed limit of the controlled operation.
  • the speed limit is expediently unsigned. In other words, regardless of the direction of rotation up to a certain amount of the speed of the electric Machine, namely the speed limit, the controlled operation used.
  • the speed limit corresponds to a value that is between 5% and 20% of the rated speed or maximum speed of the electric machine. In particular, the value is between 7% and 15% and suitably substantially equal to 10%.
  • the speed limit is between 300 RPM and 900 RPM, between 400 RPM and 800 RPM, between 500 RPM and 700 RPM, and conveniently equal to 600 RPM.
  • the reference variable is not adapted, ie, a pole wheel angle is not adapted.
  • the pole wheel angle is expediently predetermined only on the basis of a nominal frequency, which corresponds in particular to a desired rotational speed.
  • the manipulated variable used is the electric current vector, in particular the current vector of the stator current.
  • the actually realized angle of the rotor is not known, the angle being caused by the current pointer rotating at a frequency corresponding to the speed.
  • the rotating current pointer itself preferably has a constant amplitude, and is impressed.
  • the rotor follows the current vector with the same frequency.
  • the correction value is calculated, in particular by means of a voltage model, for which, for example, a measured electrical current, a measured electrical voltage and / or a motor model are used.
  • the calculation of the correction value which is preferably the deviation of the command variable of the controlled operation from the actual angle realized by the rotor, is based on measured electrical currents, on the basis of measured electrical voltages and on the basis of the motor model.
  • an angle rotor angle
  • This is particularly required to perform a field-oriented control, in which from the target speed, a target current is calculated.
  • the predetermined mechanical angle which corresponds in particular to the electrical angle, does not coincide with the actual pole wheel angle.
  • the actual rotor angle is not known, the rotor follows the electric field.
  • controlled operation is preferably only a current control, but no speed control. Based on the speed, the electrical frequency of the current vector is specified.
  • the difference between controlled and regulated operation is that there is no feedback of the actually realized value (actual value).
  • actual value In controlled operation, no actual realized angle is determined, if the angle is used as a reference variable.
  • the difference between the predetermined mechanical angle and the actual rotor angle is determined.
  • the drive comprises an electrical machine and a converter, wherein the converter is provided and arranged to energize the electric machine.
  • the electrical machine and the converter are electrically contacted with each other.
  • the electric machine is expediently encoderless, which reduces the manufacturing cost of the drive.
  • the electric machine is a synchronous machine.
  • When operating the drive is switched at a time of a controlled operation to a regulated operation.
  • the control variable of the controlled operation plus a correction value is used as the reference variable of the controlled operation.
  • an angle of the electric machine in particular a Polradwinkel, used as a reference variable.
  • a control of the electric current by means of which the electric machine is operated.
  • the electric machine is controlled only in controlled operation and operated in controlled operation, the electric machine controlled.
  • the drive of an industrial plant in particular a component of an extruder machine, which is expediently used within a plastics processing industrial plant.
  • the drive includes, for example, a pilot control, by means of which the electric machine is operated in controlled operation.
  • a current vector corresponding to a certain angle is calculated, and the converter is controlled in such a way that such a current vector is created.
  • the manipulated variable is calculated by means of the feedforward control from the reference variable and the inverter is controlled according to the manipulated variable.
  • the inverter is regulated in this case to the manipulated variable.
  • the drive comprises an I controller and suitably a PI controller.
  • the controller is controlled, for example, to the manipulated variable of the controlled operation.
  • by means of the I or PI controller is regulated to a predetermined electric current.
  • the electric machine 4 is a sensorless synchronous machine.
  • the method provides that initially a controlled operation 6 is used. In other words, first the electric machine is operated under control.
  • a reference variable 8 is used.
  • the reference variable 8 is specified and the electric machine 4 is controlled thereon.
  • the reference variable 8 is here a current angle ⁇ .
  • the current angle ⁇ is temporally variable, so that by means of the electric machine 4, a certain speed ⁇ is realized. In this case, due to the specification of the current angle ⁇ , the position of the electric machine 4 is always precisely predetermined, so that a component driven by the electric machine 4 can be positioned at a specific location.
  • the controlled operation 6 is used after a standstill of the electric machine 4 up to a speed limit 10. In other words, until the rotational speed ⁇ corresponds to the rotational speed limit 10, the electric machine 4 is operated in a controlled manner. Once the speed limit 10 is reached, a controlled operation 12 is used. In other words, the electric machine 4 is regulated to a reference variable 14.
  • the reference variable 14 of the controlled operation 12 is also the current angle ⁇ , which is also variable over time.
  • the current angle ⁇ which is time-variable, is specified as the respective reference variable 8, 14 in both controlled and regulated operation.
  • a deviation between the reference variable 14 and the actual position of the electric machine 4 determined.
  • a time 16 is predetermined at which the controlled operation 12 switches over from the controlled operation 12.
  • Fig. 2 the method 2 is shown refined at time 16.
  • the controlled operation 6 first the reference variable 8 of the controlled operation 6 is recorded and a correction value 18 is determined.
  • the commanded variable 14 of the controlled operation 12 which is the commanded variable 8 of the controlled operation 6 plus the correction value 18, is detected.
  • the control value 8 of the controlled operation 6 plus the correction value 18 is controlled.
  • the current angle ⁇ which is preset before the time 16, is not regulated, but instead the current angle ⁇ , which is adjusted by the correction value 18. In this way, the transition between the controlled operation 6 under the controlled operation 18 is improved.
  • a manipulated variable 20 is determined based on the reference variable 6, is controlled to the.
  • the manipulated variable 20 is an electrical current having a second component I q and first component I d.
  • the manipulated variable 20 is a current vector, wherein the orientation of the current vector with respect to a stationary coordinate system corresponds to the current angle ⁇ .
  • a realized current vector 22 is shown, which is shifted by a deviation angle ⁇ with respect to the manipulated variable 20.
  • the realized current vector 22 has a second component I q , and the first component I d is reduced.
  • a first regulator 24 which in Fig. 4 is shown, in controlled operation 6, the first component I d on the specification of the manipulated variable 20 and by means of a second controller 26, the second component I q on null regulated.
  • the realized current vector 22 is regulated to the manipulated variable 20.
  • Fig. 4 is shown in a block diagram, a drive 28 with the electric machine 4 and a converter 30, wherein by means of the drive 28, an extruder machine is driven within a plastic processing industrial plant.
  • the reference variable 8 is specified, which corresponds to the current angle ⁇ .
  • the manipulated variable 20 is calculated, in which the second component I q is selected zero and as the first component I d a constant value. This value is fed to a precontrol 32, and from this a first voltage component u d is calculated.
  • a second voltage component u q is calculated and supplied to a first vector determination module 34.
  • the two voltage components u d , u q correspond to the respective components of the electrical current I d , I q .
  • the two voltage components u d , u q are transformed into a third and fourth voltage component u ⁇ , u ⁇ .
  • the first and second voltage components u d , u q denote the components of the electrical voltage in a reference frame rotating with a rotor of the electric machine 4, whereas the third and fourth voltage components u ⁇ , u ⁇ denote the same electrical voltage vector, but in a fixed coordinate system.
  • the first and second voltage components u d , u q are initially constant
  • the third and fourth voltage components u ⁇ , u ⁇ are time-variable, namely as a function of the respective actual angle ⁇ . Consequently, upon determination of the third and fourth voltage component u ⁇ , u ⁇ , the current angle ⁇ , which is controlled as the reference variable 8, is taken into account.
  • the third and fourth voltage component u ⁇ , u ⁇ are supplied to a first module 36, by means of which a first phase voltage u 1 , a second phase voltage u 2 and a third phase voltage u 3 is determined.
  • the phase voltages u 1 , u 2 , u 3 correspond to those values for the electrical voltage, by means of which the respective phases of the electric machine 4 are to be acted upon.
  • the first, second, third phase voltage u 1 , u 2 , u 3 are fed to the converter 30, namely a driver module 38, by means of which driver signals for semiconductor switches 40 of a bridge circuit 42 are created.
  • the semiconductor switches 40 are power conductor switches, for example IGBTs, whose respective control input is just applied by means of the driver circuit.
  • the respective gate is electrically contacted with the driver circuit 38.
  • the bridge circuit 42 itself is a B6 circuit which has a first phase 44, a second phase 46 and a third phase 48 on the output side.
  • the first phase 44 is electrically guided against a not shown first phase of the electric machine 4, the second phase 46 against a not shown second phase of the electric machine 4 and the third phase 48 against a third phase of the electric machine 4, not shown ,
  • an electromagnetic rotary field is thus generated, so that a rotor of the electric machine 4 rotates with the rotational speed of the field.
  • the first phase 44 is associated with a first current sensor 50 and the second phase 46 with a second current sensor 52, by means of which the electrical current I 1 flowing in the first phase 44 and the second electrical current I 2 flowing in the second electrical phase 46 are detected ,
  • the two measured values are supplied to a second module 54, by means of which a measured current vector with a measured third current component I A and a measured fourth current component I is ⁇ determined, the thus measured current vector is described in a fixed coordinate system.
  • This measured current vector is fed to a second vector determination module 56, by means of which the measured current vector is transformed into a static coordinate system relative to the rotor of the electric machine 4.
  • the measured current vector is divided into a measured second current component î q and a measured first current component î d . Consequently, the in Fig. 3 shown deviation angle ⁇ determined.
  • the two measured current components î q , î d are fed to the first controller 24 and the second controller 26, respectively.
  • the two values î q , î d are compared with the specification, namely the second component I q used or the first component I d , and from each of these a control deviation IA d or IA q is determined.
  • the first and second voltage components u d , u q are determined again, and consequently the energization of the electric machine 4 is changed.
  • the control deviation IA d , IA q always comprises the current deviation between the measured first current component î d and the first component I d or the measured second current component î q and the second component I q as well as already implemented deviations.
  • both the first and the second controller 24,26 PI controller and thus determine both a P-component and an I-component, the I-component of the integrated error, so the integrated deviations between the respective current manipulated variable 20 and the realized current vector corresponds.
  • the manipulated variable 20 is determined on the basis of the reference variable 8 and controlled by the two controllers 24,26 and the pilot control 32 of the inverter 30 for outputting the first, second, third electrical current I 1 , I 2 , I 3 ,
  • a flow ⁇ of the electric machine 4 is determined, for example, the value is retrieved from a table.
  • the flux ⁇ is, for example, the stator flux or else the rotor flux of the electric machine 4. This is multiplied by the predetermined rotational speed ⁇ to produce a counterelectromotive force EMF.
  • the counter-electromotive force emf is added to the to the second component I q corresponding deviation IA q, for which the current value is retrieved from the second controller 26 for this purpose.
  • the current value of the control deviation IA d corresponding to the first component I d is also queried by the first controller 24.
  • the two values determined in this way are used as input to an Atan2 function.
  • the angle determined in this way is the correction value 18.
  • the correction value 18 is equal to atan2 (IA d / (IA + q EMK)).
  • the correction value 18 is added to the current angle ⁇ determined from the predetermined rotational speed ⁇ , and this is used as the reference variable 14 of the controlled operation 12 at the time 16.
  • Fig. 5 is again the determination of the reference variable 14 of the regulated operation 12 at the time 16 shown.
  • the manipulated variable 20 is determined based on the reference variable 8 of the controlled operation 6.
  • the realized current vector 22, which corresponds to the actual position of the rotor with respect to the stator, is shifted to the manipulated variable 20 by the deviation angle ⁇ .
  • the angle realized by means of the realized current vector 22 is used as the reference variable 14 of the controlled operation 12, ie the reference variable 8 of the controlled operation 6 plus the deviation angle ⁇ representing the correction value 18.
  • the first voltage component u d is determined based on the resistance of the electric machine 4 multiplied by the first component I d minus the product of the rotational speed ⁇ , a second inductance Lq and the second component I q .
  • u d r ⁇ I d - ⁇ L q I q .
  • the second voltage component u q is determined by multiplying an electrical resistance R of the electric machine 4 by the second component I q , and by adding the product of the rotational speed ⁇ , a first inductance L d and the first component I d .
  • the determination is made by means of a speed controller 58 and a motor model 60.
  • the motor model 60, the first voltage component u d, the second voltage component u q, the measured second current component is in this case I q and the measured first current component I supplied d and the current angle therefrom ⁇ determined which is used for determining the third voltage component u ⁇ , the fourth voltage component u ⁇ , the measured second current component î q and the measured first current component î d by means of the first and second vector determination modules 34, 56.
  • an actual speed n is determined and supplied to the speed controller 58. By means of the speed controller 58, the actual speed n is compared with the speed ⁇ and adapted from this difference, the energization of the electric machine 4.
  • the deviation between the realized and impressed current components I d , I q , î d , î q is used to determine the deviation angle ⁇ and added to the current angle ⁇ used in the controlled operation 6 during the transition from the controlled operation 6 to the controlled operation 6, so that at the time 16, consequently, the reference variable 14 of the regulated operation 12 corresponds to the current position of the electric machine 4.
  • the determination of the correction value 18 occurs only once during the method 2, namely when switching over from the controlled to the controlled mode 6, 12.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (2) zum Betrieb einer elektrischen Maschine (4), insbesondere einer geberlosen Synchronmaschine. Zu einem Zeitpunkt (16) wird von einem gesteuerten Betrieb (6) zu einem geregelten Betrieb (12) umgeschaltet, wobei zu dem Zeitpunkt (16) als Führungsgröße (14) des geregelten Betriebs (12) die Führungsgröße (8) des gesteuerten Betriebs (6) zuzüglich eines Korrekturwerts (18) herangezogen wird. Die Erfindung betrifft ferner einen Antrieb (28), der eine elektrische Maschine (4) und einen Umrichter (30) aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer elektrischen Maschine. Unter elektrische Maschine wird insbesondere eine Synchronmaschine verstanden. Die elektrische Maschine ist vorzugsweise geberlos. Die Erfindung betrifft ferner einen Antrieb mit einer elektrischen Maschine, und mit einem Umrichter.
  • Bei der Regelung von elektrischen Maschinen wird üblicherweise deren Drehzahl mittels eines Gebers erfasst, und anhand der realisierten Drehzahl die Bestromung angepasst, sofern es sich bei der elektrischen Maschine um einen Elektromotor, wie beispielsweise einen Synchronmotor handelt. Derartige Geber sind einerseits vergleichsweise kostenintensiv in der Herstellung. Andererseits vergrößert sich der Bauraum der elektrischen Maschine, und bei der Montage muss ein zusätzlicher Verkabelungsschritt ausgeführt werden. Ferner ist ein Anpassen der Steuerung der elektrischen Maschine auf den Geber erforderlich. Zudem ist bei einem Ausfall des Gebers keine Regelung der elektrischen Maschine mehr möglich, so dass diese bis zu einem Austausch oder einer Reparatur des Gebers stillgesetzt werden muss.
  • Eine Alternative hierzu ist die sogenannte geberlose oder sensorlose feldorientierte Regelung mittels geeigneter Ansteuerung eines Umrichters, bei der üblicherweise ein Strom- oder Spannungsvektor mit der gewünschten Drehzahl des Elektromotors bezüglich eines festen Koordinatensystems rotiert wird. Der Spannungsvektor umfasst hierbei eine flussbildende und eine drehmomentbildende Komponente. Über ein Modell der Synchronmaschine wird anhand von gemessenen Strom- und Spannungsvektoren die Drehzahl berechnet wird. Hierbei wird insbesondere die Gegen-Elektromotorische Kraft der elektrischen Maschine ausgenutzt. Bei vergleichsweise geringen Drehzahlen ist die Gegen-Elektromotorischen Kraft und folglich auch die jeweiligen Komponenten der gemessenen Strom- und Spannungsvektoren vergleichsweise klein, so dass eine Regelung der Drehzahl mit hinreichender Genauigkeit nicht möglich ist. Falls daher die Ermittlung einer bei der Regelung verwendeten Abweichung fehlerhaft sein sollte, würde die elektrische Maschine falsch angesteuert werden, sodass der Motor nicht mit der gewünschten Drehzahl gefahren werden kann. Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist es bekannt, in den elektrischen Strom oder in die elektrische Spannung bei geringen Drehzahlen ein Testsignal mit einer bestimmten Frequenz aufzuprägen. Die Frequenz liegt unterhalb der Schaltfrequenz des verwendeten Umrichters und ist meist größer als die Bandbreite des verwendeten Stromreglers. Nachteilig hierbei ist jedoch, dass diese Frequenz mit dem menschlichen Ohr wahrnehmbar ist, so dass ein unerwünschter akustischer Eindruck entsteht.
  • Aus der DE 10 2008 045 622 B4 ist ein Verfahren zum Betrieb einer stromrichtergespeisten geberlosen, nicht linearen, permanent erregten Synchronmaschine bekannt, bei dem in einem ersten Arbeitsschritt ein Polradwinkel geschätzt und ausgehend hiervon eine drehmomentbildende und eine flussbildende Komponente eines Statorstromvektors erfasst wird. Ferner wird ein elektrischer Spannungsvektor erfasst und hieraus mittels einer Recheneinrichtung eine Läuferkreisfrequenz berechnet, wofür auf eine in einer Recheneinrichtung hinterlegte Kurvenschar für einen Querfluss zurückgegriffen wird. In einem weiteren Arbeitsschritt wird ein Polradwinkel ausgehend von dem ermittelten Querfluss sowie den erfassten Stromwerten geschätzt, und dieser für die weitere Regelung herangezogen. Bei dem vorgeschlagenen Verfahren ist es daher erforderlich, die Kennfelder auf die aktuell betriebene Synchronmaschine anzupassen. Folglich muss zu jeder Synchronmaschine aufgrund von Fertigungstoleranzen bei der Montage stets das jeweilige Kennfelder ermittelt werden. Auch bei einer Reparatur und einer folg-lichen, wenn auch minimalen, Änderung der für die Ausbildung des Stator- bzw. Rotorflusses bildenden Komponenten, muss daher stets die Recheneinheit angepasst werden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein besonders geeignetes Verfahren zum Betrieb einer elektrischen Maschine und einen besonders geeigneten Antrieb mit einer elektrischen Maschine anzugeben, bei denen insbesondere Herstellungskosten gesenkt und bei Betrieb eine Belastung von peripheren Geräten vermieden oder zumindest verringert ist.
  • Hinsichtlich des Verfahrens wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Antriebs durch die Merkmale des Anspruchs 9 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
  • Das Verfahren dient dem Betrieb einer elektrischen Maschine, insbesondere einer geberlosen elektrischen Maschine. Mit anderen Worten umfasst die elektrische Maschine keinen Geber, mittels dessen eine Drehzahl oder aber eine Position eines Rotors der elektrischen Maschine bezüglich eines Stators der elektrischen Maschine erfassbar wäre. Mittels des Gebers würde hierbei die Position bzw. Drehzahl direkt gemessen werden, und nicht anhand von etwaigen anderen Messgrößen ermittelt werden. Insbesondere umfasst die elektrische Maschine keinen Hall-Sensor oder aber einen Sensor, mittels dessen eine Sinus- und eine Cosinus-Spur ausgegeben werden. Geeigneterweise umfasst die elektrische Maschine keinen Inkrementalgeber. Die elektrische Maschine ist beispielsweise ein Elektromotor, insbesondere eine Synchronmaschine. Vorzugsweise umfasst die elektrische Maschine eine Anzahl an Permanentmagneten. Die elektrische Maschine ist beispielsweise eine lineare oder eine nicht-lineare elektrische Maschine, insbesondere ein Synchronmotor.
  • Die elektrische Maschine wird zunächst gesteuert betrieben, also eine Führungsgröße vorgegeben. Eine Abweichung des tatsächlichen Zustands von der Führungsgröße wird im gesteuerten Betrieb nicht überwacht. Die Führungsgröße ist hierbei zweckmäßigerweise ein aktueller Winkel. Insbesondere ist dieser Winkel zwischen einem Rotor und einem Stator der elektrischen Maschine gebildet. Die Führungsgröße ist somit insbesondere der mechanisch von der elektrischen Maschine realisierte Winkel, der vorzugsweise zu dem elektrischen Winkel korrespondiert. Insbesondere entspricht der elektrische Winkel dem mechanischen Winkel. Der Winkel ist zweckmäßigerweise zeitlich verändert, so dass die Führungsgröße einer bestimmten vorgegebenen Drehzahl zuzüglich eines Phasenwerts oder eines Offsets entspricht. Mit anderen Worten wird die elektrische Maschine auf eine bestimmte Drehzahl gesteuert, wobei aufgrund des Offsets bzw. der Phase eine bestimmte Stellung des Rotors bezüglich des Stators zu einer bestimmten Zeit vorgegeben ist, also ein aktueller Winkel vorliegt. Zu einer späteren Zeit ist der vorgegebene aktuelle Winkel geändert, wobei sich die Änderung anhand der vorgegebenen Drehzahl ergibt.
  • Zu einem Zeitpunkt wird von dem gesteuerten zu einem geregelten Betrieb umgeschaltet. Im geregelten Betrieb wird ebenfalls eine Führungsgröße verwendet, die insbesondere ebenfalls dem aktuellen Winkel entspricht, der zweckmäßigerweise anhand einer vorgegebenen Drehzahl und einem vorgegebenen Offsets bzw. Phase bestimmt ist. Mit anderen Worten wird sowohl im gesteuerten als auch im geregelten Betrieb als Führungsgröße zweckmäßigerweise der jeweilige aktuelle Winkel herangezogen. Mit nochmals anderen Worten ist die Führungsgröße jeweils eine Sollgröße. Insbesondere wird die Führungsgröße dem jeweiligen Stellglied zugeführt. Zum Zeitpunkt der Umschaltung wird als Führungsgröße des geregelten Betriebs die Führungsgröße des gesteuerten Betriebs zuzüglich eines Korrekturwerts herangezogen. Mit anderen Worten wird zu dem Zeitpunkt nicht auf den aktuellen Winkel geregelt, auf den im gesteuerten Betrieb gesteuert wurde. Zusammenfassend wird als Führungsgröße des geregelten Betriebs zu dem Zeitpunkt die Führungsgröße des gesteuerten Betriebs zu dem Zeitpunkt zuzüglich eines Korrekturwerts herangezogen. Mittels des Korrekturwerts wird hierbei eine Abweichung der Winkelstellung im gesteuerten Betrieb von der Führungsgröße berücksichtigt, so dass bei dem Umschalten keine Sprünge innerhalb der Drehzahl zu erwarten sind, falls als Führungsgröße der aktuelle Winkel verwendet wird. Insbesondere erfolgt die Ermittlung des Korrekturwerts nur einmal während des Verfahrens, nämlich dann, wenn von dem gesteuerten in den geregelten Betrieb umgeschaltet wird.
  • Zusammenfassend wird insbesondere für eine erste Zeitspanne die elektrische Maschine auf einen ersten Winkel gesteuert betrieben und für eine zweite Zeitspanne die elektrische Maschine auf einen zweiten Winkel geregelt betrieben, wobei als zweiter Winkel der erste Winkel zuzüglich des Korrekturwerts herangezogen wird. Der Winkel ist hierbei lediglich für den Zeitpunkt des Umschaltens gültig. Mit anderen Worten ist der erste Winkel vor dem Zeitpunkt des Umschaltens ein anderer als zum Zeitpunkt des Umschaltens. Ebenso ist der zweite Winkel zum Zeitpunkt des Umschaltens ein anderer als im weiteren zeitlichen Verlauf.
  • Unter gesteuertem Betrieb wird hierbei insbesondere verstanden, dass keine Abweichung zwischen der Führungsgröße des gesteuerten Betriebs und einer realisierten Größe ermittelt wird, oder dass zumindest eine derartige ermittelte Abweichung bei der weiteren Steuerung nicht berücksichtigt wird. Beispielsweise ist die tatsächlich realisierte Größe nicht bekannt. Eine beim gesteuerten Betrieb verwendete Stellgröße hingegen, die sich aus der Führungsgröße ergibt, wird vorzugsweise jedoch geregelt. Mit anderen Worten ist der Steuerung eine Regelung unterlagert. Bei der unterlagerten Regelung wird jedoch eine andere Größe herangezogen, die sich insbesondere von der Führungsgröße unterscheidet. Beispielsweise handelt es sich um eine andere physikalische Größe.
  • Insbesondere wird auf die Stellgröße des gesteuerten Betriebs geregelt. Mit anderen Worten wird beim geregelten Betrieb die Führungsgröße vorgegeben und hieraus eine Stellgröße abgeleitet. Auf eben diese Stellgröße wird im gesteuerten Betrieb geregelt. Mit anderen Worten wird die Stellgröße des gesteuerten Betriebs als zweite Führungsgröße einer unterlagerten Regelung herangezogen. Insbesondere ist die Totzeit bei der Regelung auf die Stellgröße im gesteuerten Betrieb geringer als die Totzeit des gesteuerten Betriebs auf die Führungsgröße. Insbesondere ist die Totzeit der Regelung auf die Stellgrößer kleiner oder gleich 50%, 10%, 5%, 2%, 1%, 0,5% der Totzeit auf die Regelung auf die Führungsgröße im geregelten Betrieb. Mit anderen Worten ist eine Anpassung auf die Stellgröße vergleichsweise schnell durchführbar. Vorzugsweise wird im gesteuerten Betrieb eine Vorsteuerung herangezogen. Mittels dieser wird geeigneterweise eine Anpassung der Stellgröße durchgeführt, bevor diese insbesondere der Regelung zugeführt und/oder mittels der Regelung angepasst wird.
  • Insbesondere wird als Stellgröße des gesteuerten Betriebs ein elektrischer Strom herangezogen. Mit anderen Worten wird anhand der Führungsgröße im gesteuerten Betrieb ein elektrischer Strom ermittelt und auf diesen geregelt, unabhängig von der tatsächlichen Abweichung von der Führungsgröße, also unabhängig von der tatsächlichen Position des Rotors bezüglich des Stators, sofern als Führungsgröße der Winkel verwendet wird. Zusammenfassend wird bei der Steuerung ein elektrischer Strom vorgegeben, und dieser folglich eingeprägt. Der elektrische Strom ist vergleichsweise einfach zu erfassen und eine Reglung ist daher vergleichsweise kostengünstig zu realisieren. Auch kann eine Anpassung des elektrischen Stroms aufgrund einer ermittelten Abweichung vergleichsweise schnell erfolgen. Insbesondere wird als Stellgröße ein Vektor des elektrischen Stroms, also ein elektrischer Stromvektor gewählt. Dieser wird beispielsweise mittels eines Betrags des elektrischen Stroms sowie einem hierzu korrespondierenden Winkel beschrieben, wobei der Winkel insbesondere gleich der Führungsgröße ist. Der elektrische Stromvektor wird zweckmäßigerweise in eine erste und eine zweite Komponente zerlegt, wobei die beiden Komponenten beispielsweise zueinander senkrecht sind. Insbesondere wird die zweite Komponente konstant gewählt. Mit anderen Worten wird eine fest vorgegebene zweite Komponente bestimmt, unabhängig von der tatsächlichen Belastung der elektrischen Maschine. Zweckmäßigerweise wird hierbei als zweite Komponente Null (0) gewählt. Auf diese Weise ist eine Berechnung vergleichsweise einfach durchführbar, da lediglich die erste Komponente als Stellgröße ermittelt werden muss. Zweckmäßigerweise wird die erste Komponente konstant gewählt. Insbesondere ist die erste Komponente stets positiv. Bei geeigneter Wahl der Führungsgröße ist folglich die Ermittlung der Stellgröße vergleichsweise einfach.
  • Insbesondere ist die erste Komponente eine flussbildende Komponente des elektrischen Stroms, und die zweite Komponente ist eine drehmomentbildende Komponente des elektrischen Stroms. Die beiden Komponenten sind hierbei fest vorgegeben und sind unabhängig von der tatsächlichen Belastung der elektrischen Maschine, also dem tatsächlich realisierten Fluss bzw. dem von der elektrischen Maschine tatsächlich aufgebrachten Drehmoment. Insbesondere wird als Stellgröße des gesteuerten Betriebs der elektrische Strom mit der flussbildenden und der drehmomentbildenden Komponente herangezogen, wobei die drehmomentbildende Komponente insbesondere gleich Null gewählt wird. Die flussbildende und die drehmomentbildende Komponente beschreiben hierbei insbesondere den Stromvektor in einem mit der Führungsgröße bewegten Koordinatensystem, sofern als Führungsgröße des gesteuerten Betriebs der Winkel herangezogen wird. Der tatsächlich realisierte Fluss bzw. das Drehmoment sind jedoch unabhängig von den beiden Komponenten, da im gesteuerten Betrieb der tatsächlich realisierte Winkel von dem vorgegebenen Winkel, der Führungsgröße, abweichen kann, und diese Abweichung insbesondere nicht bekannt ist, zumindest jedoch bei der Steuerung nicht berücksichtigt wird.
  • Zweckmäßigerweise wird bei der Regelung auf die Stellgröße des gesteuerten Betriebs die Abweichung erfasst. Mit anderen Worten wird erfasst, inwiefern sich die Stellgröße von dem tatsächlich realisierten Istwert unterscheidet, also der Regelgröße. Dies wird als Regelabweichung herangezogen. Zur Bestimmung der Regelabweichung geht jedoch nicht die Führungsgröße selbst ein, sondern lediglich die Werte der der Steuerung auf die Führungsgröße unterlagerten Regelung. Anhand der Regelabweichung wird der Korrekturwert ermittelt. Mit anderen Worten wird die Regelabweichung zur Bestimmung des Korrekturwerts herangezogen. Hierbei wird davon ausgegangen, dass die tatsächliche Position der elektrischen Maschine der Führungsgröße im gesteuerten Betrieb entspricht, und Abweichungen hiervon lediglich aufgrund der Regelung auf die Stellgröße entstehen, oder aber dass sich Abweichungen bei der Regelung auf die Stellgröße ergeben. Infolgedessen ist aufgrund der unterlagerten Regelung die Ermittlung des Korrekturwerts ermöglicht.
  • Beispielsweise wird ein P-Anteil der Regelung herangezogen. Vorzugsweise jedoch wird der I-Anteil der Regelung als Regelabweichung herangezogen. Zumindest jedoch weist die Regelabweichung einen I-Anteil auf und beispielsweise einen P-Anteil und/oder einen D-Anteil. Mit anderen Worten wird eine aktuelle Abweichung der Regelung auf die Stellgröße zu bestimmten Zeiten ermittelt, der dem P-Anteil entspricht oder zu diesem proportional ist. Diese ermittelten Abweichungen werden über einen bestimmten Zeitraum integriert und beispielsweise mit einem Faktor multipliziert. Sofern lediglich diskrete Werte vorhanden sind, werden diese zweckmäßigerweise addiert. Folglich wird der zeitliche Verlauf der Abweichung von der Stellgröße ermittelt und zur Bestimmung des Korrekturfaktors herangezogen. Auf diese Weise ist das vorgeschlagene Verfahren im Wesentlichen unabhängig von der tatsächlichen Ausgestaltung der elektrischen Maschine, so dass kein genaues Wissen um die elektrische Maschine und deren Aufbau vorhanden sein muss. Mit anderen Worten ist ein Wissen um den Aufbau der elektrischen Maschine nicht erforderlich; es muss lediglich der I-Anteil der Regelung auf die Stellgröße erfasst werden, um den Korrekturwert zu ermitteln.
  • Zweckmäßigerweise umfasst der Korrekturwert als Bestandteil den Arcus-Tangens aus einem Quotienten, wobei als Zähler vorzugsweise der I-Anteil der Regelung auf die erste Komponente ist. Als Nenner wird insbesondere die Summe aus dem I-Anteil der zweiten Komponente und der Gegen-Elektromotorischen Kraft der elektrischen Maschine herangezogen. Der I-Anteil der zweiten Komponente ist diejenige Regelabweichung, die zur Regelung auf die vorgegebene Stellgröße hinsichtlich der zweiten Komponente des elektrischen Stroms herangezogen wird. Sofern die zweite Komponente gleich null gewählt wird, wird folglich derjenige Teil als Regelabweichung herangezogen, der die aktuell realisierte zweite Komponente auf null zurückführen würde. Die Gegen-Elektromotorische Kraft der elektrischen Maschine ist insbesondere proportional zu derjenigen elektrischen Spannung, die sich bei Betrieb der elektrischen Maschine entgegen der Betriebsspannung aufbaut. Insbesondere ist die Gegen-Elektromotorische Kraft gleich dem Produkt aus dem Fluss der elektrischen Maschine und deren Drehzahl, also ψω. Der Fluss ist beispielsweise der Läufer- oder der Rotorfluss.
  • Zusammenfassend umfasst der Korrekturwert (atan (IAd / IAq + EMK)) und geeigneterweise (atan (IAd / IAq + Ψω)). Insbesondere besteht der Korrekturwert aus (atan (IAd / IAq + EMK)) bzw. (atan (IAd / IAq + Ψω)). "atan" bezeichnet hierbei die Arcus-Tangens-Funktion.
  • Besonders bevorzugt wird anstatt des Arcus -Tangens der Atan2 herangezogen. Mit anderen Worten umfasst der Korrekturwert bzw. besteht der Korrekturwert aus atan2((IAd / IAq + EMK) bzw. atan2 (IAd / IAq + Ψω).
  • Der atan2 (y,x) ist
    • atan y/x; falls x > 0
    • atan y/x + π; falls y ≥ 0 und x ≤ 0
    • atan y/x - π; falls y < 0 und x < 0
    • π/2; falls y > 0 und x = 0
    • -π/2; falls y < 0, x = 0
    • 0; sonst.
  • Auf diese Weise ist eine korrekte Zuordnung des Korrekturwerts in Abhängigkeit der Vorzeichen der jeweiligen I-Anteile ermöglicht.
  • Zweckmäßigerweise wird im geregelten Betrieb als Stellgröße eine elektrische Spannung herangezogen. Zweckmäßigerweise wird hierbei bei geregeltem Betrieb eine feldorientierte Regelung herangezogen. Mit anderen Worten wird bei der feldorientierten Regelung im geregelten Betrieb die elektrische Spannung als Raumzeiger ermittelt, und die elektrische Maschine entsprechend der Raumzeigerdarstellung der elektrischen Spannung angesteuert und hierauf geregelt. Die elektrische Spannung ist in einer vergleichsweise kurzen Zeitspanne einstellbar, so dass die Regelgüte im geregelten Betrieb aufgrund der geringen Totzeit vergleichsweise hoch ist. Mit anderen Worten wird anhand der Führungsgröße im geregelten Betrieb als Stellgröße die elektrische Spannung ermittelt. Die elektrische Spannung ist vergleichsweise einfach einstellbar, falls beispielsweise ein Umrichter zu Bestromung der elektrischen Maschine herangezogen wird. Insbesondere weist der Umrichter eine Brückenschaltung auf, beispielsweise eine B4- oder B6-Schaltung.
  • Zweckmäßigerweise wird unterhalb einer Drehzahlgrenze der gesteuerte Betrieb herangezogen, und insbesondere oberhalb der Drehzahlgrenze der geregelte Betrieb. Zweckmäßigerweise wird zwischen einem Stillstand der elektrischen Maschine und der Drehzahlgrenze der gesteuerte Betrieb und oberhalb der Drehzahlgrenze der geregelte Betrieb herangezogen. Die Drehzahlgrenze ist hierbei zweckmäßigerweise vorzeichenlos. Mit anderen Worten wird unabhängig von der Drehrichtung bis zu einem bestimmten Betrag der Geschwindigkeit der elektrischen Maschine, nämlich der Drehzahlgrenze, der gesteuerte Betrieb herangezogen. Zweckmäßigerweise entspricht die Drehzahlgrenze einem Wert, der zwischen 5% und 20% der Nenndrehzahl oder Maximaldrehzahl der elektrischen Maschine liegt. Insbesondere ist der Wert zwischen 7% und 15% und geeigneterweise im Wesentlichen gleich 10%. Beispielsweise ist die Drehzahlgrenze zwischen 300 U/min und 900 U/min, zwischen 400 U/min und 800 U/min, zwischen 500 U/min und 700 U/min und zweckmäßigerweise gleich 600 U/min.
  • Zusammenfassend wird im gesteuerten Betrieb die Führungsgröße insbesondere nicht adaptiert, also ein Polradwinkel nicht adaptiert. Der Polradwinkel wird zweckmäßigerweise lediglich aufgrund einer Sollfrequenz vorgegeben, die insbesondere zu einer gewünschten Drehzahl korrespondiert. Als Stellgröße wird der elektrische Stromvektor, insbesondere der Stromzeiger des Statorstroms, herangezogen. Der tatsächlich realisierte Winkel des Rotors hingegen ist nicht bekannt, wobei der Winkel aufgrund des mit einer zur Drehzahl korrespondierenden Frequenz drehenden Stromzeigers hervorgerufen wird. Der drehende Stromzeiger selbst weist vorzugsweise eine konstante Amplitude auf, und wird eingeprägt. Zusammenfassend folgt der Rotor dem Stromzeiger mit derselben Frequenz.
  • Der Korrekturwert wird berechnet, insbesondere mittels eines Spannungsmodels, wofür beispielsweise ein gemessener elektrischer Strom, eine gemessene elektrische Spannung und/oder ein Motormodell herangezogen werden. Insbesondere erfolgt die Berechnung des Korrekturwerts, der vorzugsweise die Abweichung der Führungsgröße des gesteuerten Betriebs von dem tatsächlich von dem Rotor realisierten Winkel ist, anhand von gemessenen elektrischen Strömen, anhand von gemessenen elektrischen Spannungen und anhand des Motormodells. Im geregelten Betrieb wird vorzugsweise anhand von gemessenen elektrischen Strömen, anhand von gemessenen elektrischen Spannungen und/oder anhand des Motormodells ein Winkel (Polradwinkel) berechnet. Dieser wird insbesondere benötigt, um eine feldorientierte Regelung durchzuführen, bei welcher aus der Solldrehzahl ein Sollstrom berechnet wird.
  • Zusammenfassend ist im gesteuerten Betrieb der Polradwinkel nicht bekannt. Der vorgegebene mechanische Winkel, der insbesondere dem elektrischen Winkel entspricht, stimmt nicht mit dem tatsächlichen Polradwinkel überein. Während des gesteuerten Betriebs ist der tatsächliche Polradwinkel nicht bekannt, der Rotor folgt dem elektrischen Feld. Im gesteuerten Betrieb erfolgt vorzugsweise lediglich eine Stromregelung, jedoch keine Drehzahlregelung. Anhand der Drehzahl wird die elektrische Frequenz des Stromzeigers vorgegeben.
  • Der Unterschied zwischen dem gesteuerten und dem geregelten Betrieb ist, dass keine Rückführung des tatsächlich realisierten Werts (Istwert) erfolgt. Im gesteuerten Betrieb wird kein tatsächlich realisierter Winkel ermittelt, sofern als Führungsgröße der Winkel herangezogen wird. Um beim Übergang zwischen dem gesteuerten und dem geregelten Betrieb sofort die richtige Orientierung für den geregelten Betrieb zu erhalten, wird die Differenz des vorgegebenen mechanischen Winkels zum tatsächlichen Polradwinkel ermittelt.
  • Zusammenfassend findet im geregelten Betrieb eine Vorsteuerung statt, bei der angenommen wird, dass der eingeprägte Stromzeiger in der d-Achse liegt, die parallel zur ersten (flussbildenden) Komponente ist. Folglich wird angenommen, dass der eingeprägte Stromzeiger lediglich einen flussbildenden Anteil aufweist. Dadurch, dass der Stromzeiger jedoch einen momentenbildenden Anteil hat, entsteht eine Abweichung zwischen der Vorsteuerung und der Stromregelung, welche sich in den I-Anteilen der Stromregler widerspiegelt. Diese Abweichung wird zur Ermittlung des Korrekturwerts herangezogen. Mittels der Vorsteuerung wird zweckmäßigerweise eine elektrische Spannung ermittelt.
  • Der Antrieb umfasst eine elektrische Maschine und einen Umrichter, wobei der Umrichter vorgesehen und eingerichtet ist, die elektrische Maschine zu bestromen. Insbesondere sind die elektrische Maschine und der Umrichter miteinander elektrisch kontaktiert. Die elektrische Maschine ist zweckmäßigerweise geberlos, was die Herstellungskosten des Antriebs reduziert. Insbesondere ist die elektrische Maschine eine Synchronmaschine. Bei Betrieb des Antriebs wird zu einem Zeitpunkt von einem gesteuerten Betrieb zu einem geregelten Betrieb umgeschaltet. Zum Zeitpunkt der Umschaltung wird als Führungsgröße des geregelten Betriebs die Führungsgröße des gesteuerten Betriebs zuzüglich eines Korrekturwerts herangezogen. Geeigneterweise wird als Führungsgröße ein Winkel der elektrischen Maschine, insbesondere ein Polradwinkel, herangezogen. Zweckmäßigerweise erfolgt im gesteuerten Betrieb eine Regelung auf den elektrischen Strom, mittels dessen die elektrische Maschine betrieben wird. Geeigneterweise wird sowohl im gesteuerten, als auch im geregelten Betrieb der Umrichter geregelt betrieben, also dessen Ausgabespannung oder Ausgabestrom im Wesentlichen kontinuierlich überwacht und mit einer Vorgabe verglichen. Insbesondere wird lediglich im gesteuerten Betrieb die elektrische Maschine gesteuert und im geregelten Betrieb die elektrische Maschine geregelt betrieben. Beispielsweise ist der Antrieb einer Industrieanlage, insbesondere ein Bestandteil einer Extrudermaschine, die zweckmäßigerweise innerhalb einer Kunststoff verarbeitenden Industrieanlage eingesetzt wird.
  • Der Antrieb umfasst beispielsweise eine Vorsteuerung, mittels derer im gesteuerten Betrieb die elektrische Maschine betrieben wird. Mittels der Vorsteuerung wird beispielsweise ein zu einem bestimmten Winkel korrespondierender Stromvektor errechnet und der Umrichter derart angesteuert, dass ein derartiger Stromvektor erstellt ist. Mit anderen Worten wird mittels der Vorsteuerung aus der Führungsgröße die Stellgröße berechnet und der Umrichter entsprechend der Stellgröße angesteuert. Insbesondere wird der Umrichter hierbei auf die Stellgröße geregelt. Zweckmäßigerweise umfasst der Antrieb einen I-Regler und geeigneterweise einen PI-Regler. Mittels des Reglers wird beispielsweise auf die Stellgröße des gesteuerten Betriebs geregelt. Insbesondere wird mittels des I- bzw. PI-Reglers auf einen vorgegebenen elektrischen Strom geregelt.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
    • Fig. 1
    ein Verfahren zum Betrieb einer elektrischen Maschine,
    Fig. 2
    einen Ausschnitt des Verfahrens,
    Fig. 3
    eine Stellgröße,
    Fig. 4
    einen Antrieb mit der elektrischen Maschine in einem gesteuerten Betrieb,
    Fig. 5
    Führungsgrößen zum Zeitpunkt des Umschaltens von dem gesteuerten Betrieb zu einem geregelten Betrieb, und
    Fig. 6
    den Antrieb mit der elektrischen Maschine in dem geregelten Betrieb.
  • Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • In Fig. 1 ist schematisch vereinfacht ein Verfahren 2 zum Betrieb einer in Fig. 4 dargestellten elektrischen Maschine 4 gezeigt. Die elektrische Maschine 4 ist eine geberlose Synchronmaschine. Das Verfahren sieht vor, dass zunächst ein gesteuerter Betrieb 6 herangezogen wird. Mit anderen Worten wird zunächst die elektrische Maschine gesteuert betrieben. Im gesteuerten Betrieb 6 wird eine Führungsgröße 8 herangezogen. Mit anderen Worten wird im gesteuerten Betrieb 6 die Führungsgröße 8 vorgegeben und die elektrische Maschine 4 darauf gesteuert. Die Führungsgröße 8 ist hierbei ein aktueller Winkel ϕ. Der aktuelle Winkel ϕ ist hierbei zeitlich veränderlich, so dass mittels der elektrischen Maschine 4 eine bestimmte Drehzahl ω realisiert wird. Hierbei ist aufgrund der Vorgabe des aktuellen Winkels ϕ die Position der elektrischen Maschine 4 stets genau vorgegeben, so dass ein mittels der elektrischen Maschine 4 angetriebenes Bauteil an einer bestimmten Stelle positioniert werden kann.
  • Der gesteuerte Betrieb 6 wird nach einem Stillstand der elektrischen Maschine 4 bis zu einer Drehzahlgrenze 10 herangezogen. Mit anderen Worten wird bis die Drehzahl ω der Drehzahlgrenze 10 entspricht, die elektrische Maschine 4 gesteuerte betrieben. Sobald die die Drehzahlgrenze 10 erreicht wird, wird ein geregelter Betrieb 12 herangezogen. Mit anderen Worten wird die elektrische Maschine 4 auf eine Führungsgröße 14 geregelt. Die Führungsgröße 14 des geregelten Betriebs 12 ist ebenfalls der aktuelle Winkel ϕ, der auch zeitlich veränderlich ist. Zusammenfassend wird sowohl im gesteuerten als auch im geregelten Betrieb als jeweilige Führungsgröße 8,14 der aktuelle Winkel ϕ vorgegeben, der zeitlich veränderlich ist. Hierbei wird lediglich im geregelten Betrieb 12 eine Abweichung zwischen der Führungsgröße 14 und der tatsächlichen Position der elektrischen Maschine 4 ermittelt. Mittels der Drehzahlgrenze 10 ist ein Zeitpunkt 16 vorgegeben, bei dem von dem gesteuerten Betrieb 6 zum geregelten Betrieb 12 umgeschaltet wird.
  • In Fig. 2 ist das Verfahren 2 zum Zeitpunkt 16 verfeinert dargestellt. Im gesteuerten Betrieb 6 wird zunächst die Führungsgröße 8 des gesteuerten Betriebs 6 festgehalten und ein Korrekturwert 18 ermittelt. Sobald auf den geregelten Betrieb 12 umgeschaltet wird, wird die Führungsgröße 14 des geregelten Betriebs 12 ermittelt, die die Führungsgröße 8 des gesteuerten Betriebs 6 zuzüglich des Korrekturwerts 18 ist. Mit anderen Worten wird, sobald von dem gesteuerten auf den geregelten Betrieb 6,12 umgeschaltet wird, auf die Führungsgröße 8 des gesteuerten Betriebs 6 zuzüglich des Korrekturwerts 18 geregelt. Mit anderen Worten wird nicht auf den vor dem Zeitpunkt 16 aktuellen Winkel ϕ, der vorgegeben ist, geregelt, sondern auf den aktuellen Winkel ϕ, der um den Korrekturwert 18 bereinigt ist. Auf diese Weise ist der Übergang zwischen dem gesteuerten Betrieb 6 unter den geregelten Betrieb 18 verbessert.
  • Im gesteuerten Betrieb 6 wird anhand der Führungsgröße 6 eine Stellgröße 20 ermittelt, auf die geregelt wird. Die Stellgröße 20 ist ein elektrischer Strom, der eine zweite Komponente Iq und erste Komponente Id aufweist. Mit anderen Worten ist die Stellgröße 20 ein Stromvektor, wobei die Ausrichtung des Stromvektors bezüglich eines ortsfesten Koordinatensystems dem aktuellen Winkel ϕ entspricht. Die zweite Komponente Iq wird hierbei gleich 0 gewählt; folglich ist Iq = 0 bei der Stellgröße 20. Es wird nämlich davon ausgegangen, dass bei einem Anfahren der elektrischen Maschine 4 lediglich ein geringes Drehmoment aufgebracht wird.
  • In Fig. 3 ist ferner ein realisierter Stromvektor 22 dargestellt, der um einen Abweichungswinkel α bezüglich der Stellgröße 20 verschoben ist. Mit anderen Worten weist der realisierte Stromvektor 22 eine zweite Komponente Iq auf, und die erste Komponente Id ist reduziert. Mittels eines ersten Reglers 24, der in Fig. 4 gezeigt ist, wird im gesteuerten Betrieb 6 die erste Komponente Id auf die Vorgabe der Stellgröße 20 und mittels eines zweiten Reglers 26 die zweite Komponente Iq auf null geregelt. Mit anderen Worten wird im gesteuerten Betrieb 6 der realisierte Stromvektor 22 auf die Stellgröße 20 geregelt.
  • In Fig. 4 ist in einem Blockdiagramm ein Antrieb 28 mit der elektrischen Maschine 4 sowie einem Umrichter 30 dargestellt, wobei mittels des Antriebs 28 eine Extrudermaschine innerhalb einer Kunststoff verarbeitenden Industrieanlage angetrieben wird. Im gesteuerten Betrieb 6 wird die Führungsgröße 8 vorgegeben, die dem aktuellen Winkel ϕ entspricht. Hieraus wird die Stellgröße 20 berechnet, bei der die zweite Komponente Iq null und als erste Komponenten Id ein konstanter Wert gewählt wird. Dieser Wert wird einer Vorsteuerung 32 zugeleitet, und hieraus eine erste Spannungskomponente ud berechnet. Aus der zweiten Komponente Iq wird eine zweite Spannungskomponente uq berechnet und diese einem ersten Vektorermittlungsmodul 34 zugeleitet. Die beiden Spannungskomponenten ud, uq korrespondieren hierbei zu den jeweiligen Komponenten des elektrischen Stroms Id, Iq.
  • Mittels des ersten Vektorermittlungsmoduls 34 werden die beiden Spannungskomponenten ud, uq in eine dritte und vierte Spannungskomponente uα, uβ transformiert. Die erste und zweite Spannungskomponente ud, uq bezeichnen die Komponenten der elektrischen Spannung in einem mit einem Läufer der elektrischen Maschine 4 rotierenden Bezugssystem, wohingegen die dritte und vierte Spannungskomponente uα, uβ denselben elektrischen Spannungsvektor bezeichnen, jedoch in einem ortsfesten Koordinatensystem. Mit anderen Worten ist die erste und zweite Spannungskomponente ud, uq zunächst konstant, wohingegen die dritte und vierte Spannungskomponente uα, uβ zeitlich veränderlich ist, nämlich in Abhängigkeit des jeweiligen aktuellen Winkels ϕ. Folglich wird bei Ermittlung der dritten und vierten Spannungskomponente uα, uβ der aktuelle Winkel ϕ berücksichtigt, auf den als Führungsgröße 8 gesteuert wird.
  • Die dritte und vierte Spannungskomponente uα, uβ werden einem ersten Modul 36 zugeleitet, mittels dessen eine erste Phasenspannung u1, eine zweite Phasenspannung u2 und eine dritte Phasenspannung u3 ermittelt wird. Die Phasenspannungen u1, u2, u3 entsprechen denjenigen Werten für die elektrische Spannung, mittels derer die jeweiligen Phasen der elektrischen Maschine 4 beaufschlagt werden sollen. Die erste, zweite, dritte Phasenspannung u1, u2, u3 werden dem Umrichter 30 zugeleitet, und zwar einem Treibermodul 38, mittels dessen Treibersignale für Halbleiterschalter 40 einer Brückenschaltung 42 erstellt werden. Die Halbleiterschalter 40 sind Leistungsleiterschalter, beispielsweise IGBTs, deren jeweiliger Steuereingang eben mittels der Treiberschaltung beaufschlagt ist. Mit anderen Worten ist das jeweilige Gate mit der Treiberschaltung 38 elektrisch kontaktiert. Die Brückenschaltung 42 selbst ist eine B6-Schaltung, die ausgangsseitig eine erste Phase 44, eine zweite Phase 46 und eine dritte Phase 48 aufweist. Die erste Phase 44 ist gegen eine nicht näher dargestellte erste Phase der elektrischen Maschine 4, die zweite Phase 46 gegen eine nicht näher dargestellte zweite Phase der elektrischen Maschine 4 und die dritte Phase 48 gegen eine nicht näher dargestellte dritte Phase der elektrischen Maschine 4 elektrisch geführt. Mittels der Phasen 44,46,48 wird somit ein elektromagnetisches Drehfeld erzeugt, so dass ein Läufer der elektrischen Maschine 4 mit der Drehgeschwindigkeit des Feldes rotiert.
  • Der ersten Phase 44 ist ein erster Stromsensor 50 und der zweiten Phase 46 ein zweiter Stromsensor 52 zugeordnet, mittels derer der in der ersten Phase 44 fließende elektrische Strom I1 bzw. der in der zweiten elektrischen Phase 46 fließende zweite elektrische Strom I2 erfasst wird. Die beiden Messwerte werden einem zweiten Modul 54 zugeleitet, mittels dessen ein gemessener Stromvektor mit einer gemessen dritte Stromkomponente îa und eine gemessene vierte Stromkomponente îβ ermittelt wird, wobei der auf diese Weise gemessene Stromvektor in einem ortsfesten Koordinatensystem beschrieben ist. Dieser gemessene Stromvektor wird einem zweiten Vektorermittlungsmodul 56 zugeleitet, mittels dessen der gemessene Stromvektor in ein bezüglich des Läufers der elektrischen Maschine 4 statisches Koordinatensystem transformiert wird. Hierfür wird der gemessene Stromvektor in eine gemessene zweite Stromkomponente îq und eine gemessene erste Stromkomponente îd aufgeteilt. Folglich wird der in Fig. 3 gezeigte Abweichungswinkel α ermittelt.
  • Die beiden gemessenen Stromkomponenten îq, îd werden dem ersten Regler 24 bzw. dem zweiten Regler 26 zugeleitet. Die beiden Werte îq, îd werden mit der Vorgabe, nämlich dem verwendeten zweiten Komponente Iq bzw. der ersten Komponente Id verglichen und hieraus jeweils eine Regelabweichung IAd bzw. IAq ermittelt. Anhand dieser Regelabweichung IAd bzw. IAq sowie der vorgegebenen zweiten Komponente Iq und ersten Komponente Id wird erneut die erste und zweite Spannungskomponente ud, uq ermittelt und folglich die Bestromung der elektrischen Maschine 4 verändert. Die Regelabweichung IAd, IAq umfasst stets die aktuelle Abweichung zwischen der gemessenen ersten Stromkomponente îd und der ersten Komponente Id bzw. der gemessenen zweiten Stromkomponente îq und der zweiten Komponente Iq als auch bereits realisierte Abweichungen. Mit anderen Worten sind sowohl der erste als auch der zweite Regler 24,26 PI-Regler, und ermitteln folglich sowohl einen P-Anteil als auch einen I-Anteil, wobei der I-Anteil den integrierten Fehler, also die integrierten Abweichungen zwischen der jeweiligen aktuellen Stellgröße 20 und dem realisierten Stromvektor entspricht.
  • Solange der gesteuerte Betrieb 6 andauert, wird die Stellgröße 20 aufgrund der Führungsgröße 8 ermittelt und mittels der beiden Regler 24,26 sowie der Vorsteuerung 32 der Umrichter 30 zur Ausgabe des ersten, zweiten, dritten elektrischen Stroms I1, I2, I3 angesteuert.
  • Wenn auf den geregelten Betrieb 12 umgeschaltet wird, wird ein Fluss Ψ der elektrischen Maschine 4 bestimmt, beispielsweise wird der Wert aus einer Tabelle abgerufen. Der Fluss Ψ ist beispielsweise der Statorfluss oder aber der Rotorfluss der elektrischen Maschine 4. Dieser wird mit der vorgegebenen Drehzahl ω zur Erstellung einer Gegen-Elektromotorischen Kraft EMK multipliziert. Die Gegen-Elektromotorische Kraft EMK wird zu der zur zweiten Komponente Iq korrespondierenden Regelabweichung IAq hinzuaddiert, wofür der aktuelle Wert hierfür von dem zweiten Regler 26 abgefragt wird. Auch wird der aktuelle Wert der zur ersten Komponente Id korrespondierenden Regelabweichung IAd von dem ersten Regler 24 abgefragt. Die beiden auf diese Weise ermittelten Werte werden als Eingabe einer Atan2-Funktion verwendet. Der auf diese Weise ermittelte Winkel ist der Korrekturwert 18. Zusammenfassend ist der Korrekturwert 18 gleich atan2(IAd/ (IAq+ EMK)). Der Korrekturwert 18 wird zu der aus der vorgegebenen Drehzahl ω ermittelten aktuellen Winkel ϕ hinzuaddiert, und dies als Führungsgröße 14 des geregelten Betriebs 12 zu dem Zeitpunkt 16 herangezogen.
  • In Fig. 5 ist nochmals die Ermittlung der Führungsgröße 14 des geregelten Betriebs 12 zu dem Zeitpunkt 16 dargestellt. Im gesteuerten Betrieb 6 wird ausgehend von der Führungsgröße 8 des gesteuerten Betriebs 6 die Stellgröße 20 ermittelt. Der realisierte Stromvektor 22, der zur tatsächlichen Stellung des Rotors bezüglich des Stators korrespondiert, ist zu der Stellgröße 20 um den Abweichungswinkel α verschoben. Zum Zeitpunkt 16 des Umschaltens wird der mittels des realisierten Stromvektors 22 realisierte Winkel als die Führungsgröße 14 des geregelten Betriebs 12 herangezogen, also die Führungsgröße 8 des gesteuerten Betriebs 6 zuzüglich des Abweichungswinkel α, der den Korrekturwert 18 darstellt.
  • Im geregelten Betrieb 12 selbst, der in Fig. 6 gezeigt ist, wird die erste Spannungskomponente ud anhand des Widerstands der elektrischen Maschine 4 multipliziert mit der ersten Komponente Id abzüglich des Produkts aus der Drehzahl ω, einer zweiten Induktivität Lq und der zweiten Komponente Iq ermittelt. Mit anderen Worten ist ud = r · Id - ωLq Iq. Die zweite Spannungskomponente uq wird ermittelt, indem ein elektrische Widerstand R der elektrischen Maschine 4 mit der zweiten Komponente Iq multipliziert wird, und hierzu das Produkt aus der Drehzahl ω, einer ersten Induktivität Ld und der ersten Komponente Id addiert wird. Die Ermittlung erfolgt mittels eines Drehzahlreglers 58 und einem Motormodell 60. Dem Motormodell 60 wird hierbei die erste Spannungskomponente ud, die zweite Spannungskomponente uq, die gemessene zweite Stromkomponente îq und die gemessene erste Stromkomponente îd zugeführt und hieraus der aktuellen Winkel ϕ ermittelt, der zur Ermittlung der dritte Spannungskomponente uα, der vierte Spannungskomponente uβ, der gemessene zweite Stromkomponente îq und der gemessene erste Stromkomponente îd mittels des ersten und zweiten Vektorermittlungsmoduls 34, 56 verwendet wird. Auch wird eine Istdrehzahl n ermittelt und dem Drehzahlregler 58 zugeführt. Mittels des Drehzahlreglers 58 wird die Istdrehzahl n mit der Drehzahl ω verglichen und ausgehend von dieser Differenz die Bestromung der elektrischen Maschine 4 angepasst.
  • Zusammenfassend wird bei Drehzahlen unterhalb der Drehzahlgrenze 10 der elektrische Strom vorgegeben, indem dessen Betrag konstant gewählt wird und eine zur gewünschten Drehzahl ω der elektrischen Maschine 4 korrespondierende Frequenz gewählt wird. Dieser wird folglich eingeprägt, wobei die zweite Komponente Iq = 0 gewählt wird. Die Abweichung zwischen dem realisierten und den eingeprägten Stromkomponenten Id, Iq, îd, îq wird zur Ermittlung des Abweichungswinkels α herangezogen und beim Übergang vom gesteuerten Betrieb 6 zum geregelten Betrieb 12 zu den beim gesteuerten Betrieb 6 verwendeten aktuellen Winkel ϕ hinzuaddiert, so dass zum Zeitpunkt 16 folglich die Führungsgröße 14 des geregelten Betriebs 12 der aktuellen Position der elektrischen Maschine 4 entspricht. Insbesondere erfolgt die Ermittlung des Korrekturwerts 18 nur einmal während des Verfahrens 2, nämlich dann, wenn von dem gesteuerten in den geregelten Betrieb 6, 12 umgeschaltet wird.
  • Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel beschriebene Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
    • Bezugszeichenliste
    • 2
    Verfahren
    4
    elektrische Maschine
    6
    gesteuerter Betrieb
    8
    Führungsgröße des gesteuerten Betriebs
    10
    Drehzahlgrenze
    12
    geregelter Betrieb
    14
    Führungsgröße des geregelten Betriebs
    16
    Zeitpunkt
    18
    Korrekturwert
    20
    Stellgröße
    22
    realisierter Stromvektor
    24
    erster Regler
    26
    zweiter Regler
    28
    Antrieb
    30
    Umrichter
    32
    Vorsteuerung
    34
    erstes Vektorermittlungsmodul
    36
    erstes Modul
    38
    Treibermodul
    40
    Halbleiterschalter
    42
    Brückenschaltung
    44
    erste Phase
    46
    zweite Phase
    48
    dritte Phase
    50
    erster Stromsensor
    52
    zweiter Stromsensor
    54
    zweites Modul
    56
    zweites Vektorermittlungsmodul
    58
    Drehzahlregler
    60
    Motormodell
    α
    Abweichungswinkel
    ϕ
    aktueller Winkel
    ψ
    Fluss
    ω
    Drehzahl
    Iq
    zweite Komponente
    Id
    erste Komponente
    îq
    gemessene zweite Stromkomponente
    îd
    gemessene erste Stromkomponente
    îα
    gemessene dritte Stromkomponente
    îβ
    gemessene vierte Stromkomponente
    ud
    erste Spannungskomponente
    uq
    zweite Spannungskomponente
    uα
    dritte Spannungskomponente
    uβ
    vierte Spannungskomponente
    u1
    erste Phasenspannung
    u2
    zweite Phasenspannung
    u3
    dritte Phasenspannung
    i1
    erster elektrischer Strom
    i2
    zweiter elektrischer Strom
    EMK
    Gegen-Elektromotorische Kraft
    IAd
    Regelabweichung der zweiten Komponente
    IAq
    Regelabweichung der ersten Komponente
    R
    Widerstand
    Ld
    Induktivität
    Lq
    Induktivität
    n
    Istdrehzahl

Claims (10)

  1. Verfahren (2) zum Betrieb einer elektrischen Maschine (4), insbesondere einer geberlosen Synchronmaschine, bei dem zu einem Zeitpunkt (16) von einem gesteuerten Betrieb (6) zu einem geregelten Betrieb (12) umgeschaltet wird, wobei zu dem Zeitpunkt (16) als Führungsgröße (14) des geregelten Betriebs (12) die Führungsgröße (8) des gesteuerten Betriebs (6) zuzüglich eines Korrekturwerts (18) herangezogen wird.
  2. Verfahren (2) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass auf die Stellgröße (20) des gesteuerten Betriebs (6) geregelt wird.
  3. Verfahren (2) nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass als Stellgröße (20) des gesteuerten Betriebs (6) ein elektrischer Stromvektor gewählt wird, der in eine erste (Id) und eine zweite Komponente (Iq) zerlegt wird, wobei die zweite Komponente (Iq) insbesondere gleich Null gewählt wird.
  4. Verfahren (2) nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Korrekturwert (18) aus einer bei der Regelung auf die Stellgröße (20) des gesteuerten Betriebs (6) erfassten Regelabweichung (IAd, IAq) ermittelt wird.
  5. Verfahren (2) nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass als Regelabweichung (IAd, IAq) ein I-Anteil gewählt wird.
  6. Verfahren (2) nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass als ein Bestandteil des Korrekturwerts (18) atan(IAd/ (IAq+ EMK)) gewählt wird, wobei IAd den I-Anteil der ersten Komponente (Id), IAq den I-Anteil der zweiten Komponente (Iq) und EMK die Gegen-Elektromotorische Kraft der elektrischen Maschine (4) bezeichnet.
  7. Verfahren (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass beim geregelten Betrieb (12) als Stellgröße eine elektrische Spannung (ud, uq) herangezogen wird.
  8. Verfahren (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass unterhalb einer Drehzahlgrenze (10) der gesteuerten Betrieb (6) herangezogen wird.
  9. Antrieb (28), der eine, insbesondere geberlose, elektrische Maschine (4) und einen Umrichter (30) aufweist, und der nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 betrieben ist.
  10. Antrieb (28) nach Anspruch 9, umfassend eine Vorsteuerung (32) und/oder einen I-Regler (24, 26), insbesondere einen PI-Regler.
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